CN105445231A - 分析物的浊度测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对分析物的散射光度进行测定方法和一种用于自动分析装置的散射比浊系统。

Description

分析物的浊度测定方法

技术领域

本发明涉及分析物的浊度测定方法和自动分析装置的散射比浊系统。

背景技术

目前，用于测定体液样本或其他生物样本中的生理参数的许多检测和分析方法是在自动分析装置中以自动方式和大量地进行的，也称为体外诊断系统。

当前的分析装置能够使用样本进行多个检测反应和分析。为了能够以自动方式进行多个检查，需要用于测量元件的空间转移、反应容器和试剂容器的各种装置，诸如，具有夹持功能的转移臂、传输带或可旋转的传输轮、以及用于转移液体的装置，诸如，移液管装置。分析装置包括控制单元，其通过合适的软件能够基本上独立计划并进行所期望的分析工作步骤。

在带有自动化操作的如此分析装置中所使用的许多分析方法是基于光学处理。临床相关参数的测定，诸如，分析物的浓度或活性，通常借助于部分样本在反应器皿中与一个或多个测试试剂混合实现，该反应器皿也可以是测量元件，由此，开始生化反应或者特定的结合反应，引起测试混合物的光学或其他物理属性的可测量的变化。

除分光光度法之外，浊度测定法是广泛使用的分析过处理方法。举例来说，浊度测定法能够在定量地确定液体或气体中精细分布的胶体粒子的浓度。如果悬浮的微粒被引入光束，部分的输入光会被吸收，另一部分(也称为主光束)在没有散射的情况下离开悬浮物，并且另一部分相对于输入光束被侧向散射。在浊度测定法中，对侧向出射的散射光进行测量。

浊度测定法主要用于对分析物进行定量或者定性的分析，例如，蛋白质，可以通过特定结合配偶体之间的特定结合反应进行检测，例如，通过抗原/抗体结合。

散射比浊系统包括至少一个光源、至少一个光电检测器和用于测量元件的至少一个插座位置。通常，光源和光检测器的布置以以下方法选择，即散射光是可测量的，该散射光由样本中待检测的高分子散射，例如，由反应混合物中的分析物相关的反应所产生的颗粒聚集体散射。

可买到不同的配置，配置可在光源的布置、用于测量元件的插座位置以及光电分析器这些方面不同。举例来说，在一个配置中，光电检测器可相对于由光源发射的光束而侧向布置，以便记录相对于由光源发射的光束的方向的90°角范围中的散射光。这在以下方面是有利的，即散射光的强度可以相对低，并且由光源发射的光束的非散射部分(称为主光束)对测量的影响相对小。

在另一个配置中，光源、插座位置和光电检测器可以以下方法布置，即光电检测器记录围绕光源发射的光束的传播方向的角范围中的散射光，其中散射光的强度相对较高。然而，不仅散射光而且主光束也以这种几何结构到达光电检测器。然而，因为仅光的散射部分被用于测量结果，所以最优化测量结果需要完全阻挡主光束。

光阑通常用于阻挡主光束。这些光阑通过细连接件，诸如，导线，保持在光束路径中，并且在其尺寸和形状方面以以下方法调整，即光阑优选地完全阻挡主光束，使得在可能的情况下，仅散射光入射在检测器上。优选地，散射光部分与主光束部分的比例小于0.001。

在分析装置中，或者光学单元相对于测量元件可移动，或者测量元件相对于光学单元可移动，这种分析装置变得更广泛。这在以下方面是有利的，即多个样本可以实际上同时通过使用一个光学单元检查，这显著增加样本处理量。

EP-A1-2309251已描述了用于样本的光度检查的装置，其中测量元件被实施为固定的，并且以圆弧形状的方式布置，而光学单元沿着以圆弧形状方式布置的测量元件移动。

在这样的光学系统中，其中光学单元相对于测量元件移动(或者反之亦然)，光束优选地沿着穿过测量元件的路线行进，并且对多个测量值进行记录，其中由于前述的移动，每个单独的测量值来自于测量元件的不同位置。因此，在浊度测量中产生具有首先降低的侧面的弯曲基部和然后上升的侧面的典型的、凹槽形状的曲线(参见图1)。当测量元件进入(降低侧面)并且退出(上升侧面)主光束时，主光束的光入射到测量元件壁上、被反射或折射并且被引导通过光阑至光电检测器，其中该光阑实际上旨在阻挡主光束。用于测定分析物的重要区域位于弯曲基部的区域中，其中对主光束的阻挡最大化。此外，由于移动部分的机械误差，在时间上连续的测量之间，对于相同的样本，测量元件中的散射体积的位置发生变化，这对于如果例如想要记录反应动力而言是很重要的。

因此，为了精确的分析物测定，必须从全部的测量的光强度信号中选择光强度信号来进行进一步的分析，所选择的光强度信号来自于穿过测量元件的光束的散射部分，并且在可能的情况下，这些光强度信号并不具有主光部分。

发明内容

因此，本发明的目的在于改善散射比浊系统的测量质量，其中一方面，光源、光阑和光电检测器能够相对彼此移动，并且在另一方面，光源、光阑和光电检测器以及插座位置能够相对于彼此移动。

该目的借助于间隔I的位置实现，该位置仅包含来自于穿过测量元件的光束的散射部分并且没有(或者仅具有少量)如此主光部分的光强度信号，该主光部分根据在光束沿着穿过测量元件的路径行进期间所记录的全部光强度信号而自动测定。

因此本发明的主题是对样本中分析物的浊度进行测定的方法，该样本位于测量元件中。该方法包括以下步骤：

a.将测量元件放入包括至少一个光学单元的散射比浊系统中，光学单元包括：至少一个光源，用于发射光束；挡块，用于阻挡穿过测量元件之后的光束的非散射部分；以及光电检测器，用于接收穿过测量元件之后光束的散射部分；

b.移动测量元件和/或移动光学单元，使得由光源发射的光束沿着路线穿过测量元件；

c.记录沿着所述的路线由光电检测器接收的光强度信号，由光源发射的光束沿着该路线行进穿过测量元件；

d.测定记录的光强度信号的间隔I的位置，该位置仅包含来自于穿过测量元件的光束的散射部分的光强度信号，其中间隔I的尺寸来自于限定数量的光强度信号并且是所使用的散射比浊系统的预定参数；并且

e.基于记录的光强度信号的间隔I中的光强度信号或者基于记录的光强度信号的间隔I中的多个光强度信号的平均值测定分析物。

所记录的光强度信号的间隔I的位置是通过沿着路线记录的光强度信号来确定，其中，对所述路线的评估如下：

-形成沿着路线记录的光强度信号的一阶导数和二阶导数；

-测定满足条件f’(x)<0和f”(x)＝0的沿着路线的第一位置Ff；

-测定满足条件f’(x)>0和f”(x)＝0的沿着路线的第二位置Fs；以及

-通过应用公式M＝Ff+(Fs-Ff)/2确定沿着路线的第三位置M；以及

-定位间隔I，使得位置M形成间隔I的中心。

间隔I的尺寸来自于限定数量的光强度信号并且是所使用的散射比浊系统的预定参数。参数取决于测量元件的尺寸、几何形状和材料、取决于主光束移动穿过测量元件的速度、取决于阻挡光束的非散射部分的挡块的尺寸、几何形状和布置、取决于在通过期间所记录的光强度信号的数量，等等。因此，对于给定的散射比浊系统，在通常测量典型测量元件中的典型样本时获得的连续的光强度信号的数量根据经验确定，其中光强度信号仅来自于穿过样本/测量元件的光束的散射部分，即其中最大化对主光束的阻挡。当设置所使用的散射比浊系统的间隔I的特定尺寸时，首先寻求尽可能大的光强度信号的数量，因为这带来大信噪比；其次，间隔I的尺寸应当被选择为小到使得能够确保间隔I的开始值和结束值均不处在信号曲线的降低侧面或上升侧面的区域中。

举例来说，在示例的散射比浊系统中，该示例的散射比浊系统具有绕以圆弧形状和固定方式布置的测量元件旋转(旋转速度2Hz)的光学单元并且具有为圆形截面的和近似7mm直径的塑料测量元件，并且在光束穿过测量元件期间所记录的光强度信号数量近似1000的情况下，为初步试验中的散射比浊系统确定和设置具有300个光强度信号的尺寸的间隔I。

如上所确定的第一位置Ff对应于凹槽形状信号曲线的降低侧面的转折点。

如上所确定的第二位置Fs对应于凹槽形状信号曲线的上升侧面的转折点。

在方法的一个实施方式中，重复方法步骤b)-d)至少n次并且在步骤e)中对分析物的测定是基于记录的光强度信号的n+1个间隔I的各一个光强度信号的平均值或者基于记录的光强度信号的n+1个间隔I的多个光强度信号的n+1个平均值的平均值实现。举例来说，n是从1至50的数，优选地，从10-20的数。对相同样本的多次测量增加对分析物的定量测定的精确度。

在方法的另一个实施方式中，重复方法步骤b)-d)至少n次并且在步骤e)中对分析物的测定是基于记录的光强度信号的n+1个间隔I的各一个光强度信号随时间的变化或者基于记录的光强度信号的n+1个间隔I的多个光强度信号的平均值岁时间的变化。举例来说，n是从1至1000的数。这使得可以记录反应动力，反应动力的参数，诸如最大梯度、曲线下的区域等，可以用于分析物的定量测定。

“样本”应当理解为意味着可能包含待测定的分析物的组合物。体外诊断中的传统样本由至少以下物质组成或者包括至少以下物质，即血液、血浆、血清、尿液、唾液、液体、耳分泌物、鼻分泌物或其他身体流体，或者液体中保留的身体组织样本或细胞。具体地，术语“样本”还包括反应混合物，即实际样本与一种或多种试剂的混合物，例如，抗体涂覆的胶乳粒子，其中分析物的量或活性可以基于光学性能的变化确定。

本发明的其他的主题为散射比浊系统，该系统包括至少一个光学单元，该光学单元具有用于发射光束的至少一个光源、用于测量元件的至少一个插座位置、用于阻挡穿过布置在插座位置中的测量元件之后的光束的非散射部分的挡块、以及用于接收穿过测量元件之后的光束的散射部分的光电检测器，并且其中一方面，光源、光阑和光电检测器能够相对彼此移动，并且另一方面，光源、光阑和光电检测器以及插座位置能够相对于彼此移动。此外，根据本发明的散射比浊系统具有控制包括以下方法步骤的方法的控制器：

i.移动测量元件和/或移动光学单元，使得由光源发射的光束沿着路线穿过测量元件；

ii.记录沿着路线由光电检测器接收的光强度信号，由光源发射的光束沿着该路线行进穿过测量元件；

iii.测定记录的光强度信号的间隔I的位置，该位置仅包含来自于穿过测量元件的光束的散射部分的光强度信号，其中间隔I的尺寸来自于限定数量的光强度信号并且是所使用的散射比浊系统的预定参数；并且

iv.基于记录的光强度信号的间隔I中的光强度信号或者基于记录的光强度信号的间隔I中的多个光强度信号的平均值测定分析物，

其中记录的光强度信号的间隔I的位置借助于沿着路线记录的光强度信号确定，对该路线的评估如下：

-形成沿着路线记录的光强度信号的一阶导数和二阶导数；

-测定满足条件f’(x)<0和f”(x)＝0的沿着路线的第一位置Ff；

-测定满足条件f’(x)>0和f”(x)＝0的沿着路线的第二位置Fs；

-通过应用公式M＝Ff+(Fs-Ff)/2确定沿着路线的第三位置M；以及

-定位间隔I，使得位置M形成间隔I的中心。

优选的光源具有激光二极管。然而，同样可以提供以下光源，即发光二极管(LED)、白炽灯、气体放电灯或弧光灯。有利地，光源发射200nm和1400nm之间的波长范围的光，优选地，在300nm和1100nm之间。

光检测器优选地为光电二极管，该光电二极管通过内部光电效应将可见光，在一些实施方式中，还可以是IR光或紫外光转换成电流或电压。这个处理还称为信号记录并且电流或电压还称为光强度信号。可替代地，光检测器是CCD传感器。CCD传感器由具有光敏感的光电二极管的矩阵或线组成。然而，同样可以将光检测器设置为光电池、硅光电探测器、雪崩光电检测器或光电倍增器。

用于阻挡主光束，即穿过测量元件的光束的非散射部分的挡块，布置为使得主光束被吸收和/或反射。

原则上，根据本发明的散射比浊系统的光学单元此外还可以具有滤波器、透镜、反射镜或其他光学元件。

优选地，根据本发明的散射比浊系统具有至少两个，优选地，至少16个，特别优选地至少32个用于相应的一个测量元件的插座位置。

此外优选地，用于相应的一个测量元件的至少两个插座位置沿着圆形轨道布置，并且光源、挡块和光电检测器沿着相对于相应的一个测量元件的插座位置的圆形轨道可移动，或者用于测量元件的插座位置沿着相对于光源、挡块和光电检测器的圆形轨道可移动。

优选地，至少一个插座位置适于容纳具有椭圆形或圆形横截面的测量元件。

本发明的另一主题为包含根据本发明的散射比浊系统的自动分析装置。

优选的自动分析装置此外包括用于容纳多个测量元件的容器作为散装材料(bulkmaterial)、用于分开测量元件的装置以及用于将单个测量元件放置在散射比浊系统的光学单元的至少一个插座位置中的装置。借助于这样一个分析装置，可以在许多样本中进行完全自动的浊度分析物测定。

附图说明

图1示意性地示出光强度信号曲线的典型的凹槽形状的曲线，其中在散射比浊系统中记录该曲线，在该散射比浊系统中，用于具有圆形直径的相应的一个测量元件的多个插座位置固定布置在圆弧上并且其中光学单元，即光源、挡块和光电检测器沿着插座位置的圆形轨道移动。

具体实施方式

图1中曲线示出根据穿过测量元件行进的光束沿着的路线(Y轴)的测量光强度(X轴)。曲线由1000个测量点或光强度信号组成，该测量点或光强度信号是在光束沿着路线穿过具有样本的其中一个测量单元的单次行进期间记录的。在以示例性方式在本文中描述的系统中，两个测量点之间的距离是1.33μm或1.06μs。实际上，因此获得的曲线由于干扰、噪声和机械不对称的影响并非是理想的；然而，所获得的原始数据可经过传统过滤以获得平稳曲线。可以看出曲线首先具有降低的侧面的曲线基部和然后上升的侧面。对于测定分析物而言很重要的区域位于曲线基部的区域中，其中最大化对主光束的阻挡。使用根据本发明的方法，确定降低的侧面的转折点Ff和上升的侧面的转折点Fs。然后，之后寻求点M，该点M准确位于点Ff和点Fs之间的中间，并且在这里预定为散射比浊系统的间隔I(在这种情况下大小为300个光强度信号/测量点)被定位为使得点M形成间隔I的中心，其中，间隔仅包含来自于穿过测量元件的光束的散射部分的光强度信号。评估在间隔I中获得的光强度信号能够获得分析物精确测定。

Claims (11)

1.一种对样本中的分析物的散射光度进行测定方法，所述样本位于测量元件中，所述方法包括以下步骤：

a.将所述测量元件放入包括至少一个光学单元的散射比浊系统中，所述光学单元包括：至少一个光源，用于发射光束；挡块，用于阻挡穿过所述测量元件之后的所述光束的非散射部分；以及光电检测器，用于接收穿过所述测量元件之后的所述光束的散射部分；

b.移动所述测量元件和/或移动所述光学单元，使得由所述光源发射的光束沿着路线穿过所述测量元件；

c.记录沿着所述路线由所述光电检测器接收的光强度信号，由所述光源发射的光束沿着所述路线穿过所述测量元件；

d.测定所记录的光强度信号的间隔I的位置，该位置仅包含来自于穿过所述测量元件的光束的散射部分的光强度信号，其中，所述间隔I的尺寸来自于限定数量的光强度信号并且是所使用的散射比浊系统的预定参数；以及

e.基于所述记录的光强度信号的间隔I中的光强度信号或者基于所述记录的光强度信号的间隔I中的多个光强度信号的平均值测定所述分析物，

其特征在于，借助于沿着所述路线记录的所述光强度信号，对所述所记录的光强度信号的间隔I的位置进行确定，其中，对所述路线的评估如下：

-形成沿着所述路线记录的所述光强度信号的一阶导数和二阶导数；

-测定满足条件f’(x)<0和f”(x)＝0的沿着所述路线的第一位置Ff；

-测定满足条件f’(x)>0和f”(x)＝0的沿着所述路线的第二位置Fs；以及

-通过应用公式M＝Ff+(Fs-Ff)/2确定沿着所述路线的第三位置M；以及

-将所述间隔I定位，使得所述位置M形成所述间隔I的中心。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法步骤b)-d)重复n次，并且其中，步骤e)中所进行的对所述分析物的测定是基于所记录的光强度信号的n+1个间隔I的各一个光强度信号的平均值或者基于所记录的光强度信号的n+1个间隔I的多个光强度信号的n+1个平均值的平均值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法步骤b)-d)重复n次，并且其中，步骤e)中所进行的对所述分析物的测定是基于所记录的光强度信号的n+1个间隔I的各一个光强度信号的随时间的变化或者基于所记录的光强度信号的n+1个间隔I的多个光强度信号的平均值的随时间的变化。

4.一种散射比浊系统，包括至少一个光学单元，所述光学单元包括用于发射光束的至少一个光源、用于测量元件的至少一个插孔位置、用于阻挡穿过布置在所述插座位置中的测量元件之后的光束的非散射部分的挡块、以及用于接收穿过所述测量元件之后的光束的散射部分的光电检测器，其中在一方面，所述光源、所述挡块和所述光电检测器能够相对彼此移动，并且在另一方面，所述光源、所述挡块和所述光电检测器以及所述插座位置能够相对彼此移动，其特征在于，所述散射比浊系统还具有控制器，该控制器控制包括以下方法步骤的方法：

i.移动所述测量元件和/或移动所述光学单元，使得由所述光源发射的光束沿着路线穿过所述测量元件；

ii.记录沿着所述路线由所述光电检测器接收的光强度信号，由所述光源发射的光束沿着所述路线穿过所述测量元件；

iii.测定所记录的光强度信号的间隔I的位置，该位置仅包含来自于穿过所述测量元件的光束的散射部分的光强度信号，其中，所述间隔I的尺寸来自于限定数量的光强度信号并且是所使用的散射比浊系统的预定参数；并且

iv.基于所述记录的光强度信号的间隔I的光强度信号或者基于记录的光强度信号的间隔I中的多个光强度信号的平均值测定分析物，

其中，借助于沿着路线所记录的光强度信号，对所记录的光强度信号的间隔I的位置进行确定，对所述路线的评估如下：

-形成沿着所述路线记录的光强度信号的一阶导数和二阶导数；

-测定满足条件f’(x)<0和f”(x)＝0的沿着所述路线的第一位置Ff；

-测定满足条件f’(x)>0和f”(x)＝0的沿着所述路线的第二位置Fs；以及

-通过应用公式M＝Ff+(Fs-Ff)/2确定沿着所述路线的第三位置M；以及

-对所述间隔I进行定位，使得所述位置M形成所述间隔I的中心。

5.根据权利要求4所述的散射比浊系统，其特征在于，包括用于各一个测量元件的至少两个、优选地包括至少16个、特别优选地包括至少32个插座位置。

6.根据权利要求5所述的散射比浊系统，其特征在于，用于各一个测量元件的至少两个插座位置沿着圆形路径布置。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的散射比浊系统，其特征在于，所述光源、所述挡块和所述光电检测器沿着圆形路径能够相对于用于所述测量元件的至少一个插座位置移动。

8.根据权利要求4至6中任一项所述的散射比浊系统，其特征在于，用于所述测量元件的至少一个插座位置能够相对于所述光源、所述挡块和所述光电检测器移动。

9.根据权利要求4至8中任一项所述散射比浊系统，其特征在于，所述至少一个插座位置适于容纳具有椭圆形或圆形横截面的测量元件。

10.一种自动分析装置，其特征在于，包含权利要求4至9中任一项所述的散射比浊系统。

11.根据权利要求10所述的自动分析装置，其特征在于，还包括，用于容纳多个测量元件的容器作为散装材料、用于分开所述测量元件的装置以及用于将单个测量元件放置在所述散射比浊系统的光学单元的至少一个插座位置中的装置。